Fokus Forschung: NWK19-Vortrag: Was tun mit überschüssiger Energie? - Neue Elektrodensysteme für PEMEL

Montag 04. Juni 2018, 10:00

Polymer-membranelektrolyt-Elektrolyseure (PEMEL) als mögliche Lösung für flexible Energiespeicherung

Referent Johannes Näther
während seines Vortrages zur NWK18
in Mittweida

Auch einem wenig aufmerksamen Beobachter muss in den letzten Jahren aufgefallen sein, dass die Landschaft zunehmend von Windrädern oder großflächigen Solarparks geschmückt wird.
Zweck dieser Bauwerke ist die Erzeugung elektrischer Energie mit Hilfe von Wind und Sonne. Leider erfolgt diese CO2-neutrale Art der Energieumwandlung nicht kontinuierlich, sondern ist stark von der Wetterlage und der Tageszeit abhängig. Das Stromnetz kann die Differenz zwischen Zeiten mit hohem Energieeintrag und Perioden mit geringerer Energiezufuhr nicht ausgleichen. Häufig müssen Windparks vom Netz genommen oder überschüssiger Strom in Ausland abgegeben werden.
Um die Energie aus erneuerbaren Energie effizient zu nutzen, wird ein Speicher benötigt. Die Spaltung von Wasser zu Sauerstoff und Wasserstoff ist eine vielversprechende Möglichkeit die Energie aus Wind und Sonne chemisch zu speichern und im Bedarfsfall mithilfe von Brennstoffzellen wieder verfügbar zu machen.
Die katalytische Spaltung von Wasser mithilfe elektrischer Energie erfolgt in Elektrolyseuren. Im industriellen Maßstab werden bereits alkalische Elektrolyseure eingesetzt. Der größte Nachteil dieser Anlagen besteht darin, dass sie nur bedingt für den diskontinuierlichen Betrieb geeignet sind. Somit ist eine flexible Speicherung der überschüssigen Energie nicht zu jedem Zeitpunkt möglich.
Eine mögliche Lösung bieten Polymermembranelektrolyt-Elektrolyseure (PEMEL). Diese Anlagen können je nach Bedarf diskontinuierlich betrieben werden. Bisher werden diese Anlagen nur im Labormaßstab zur Herstellung hochreiner Gase genutzt. Die großtechnische Anwendung scheiterte bisher am Herstellpreis solcher Anlagen.
Im aktuellen Kooperationsprojekt der Hochschule Mittweida mit dem Institut für Umwelttechnik in Duisburg und der Hochschule Gelsenkirchen sollen neuartige Elektrodenkonzepte für PEMEL entwickelt und implementiert werden.
Die Mittweidaer Forschergruppe um Prof. Köster arbeitet an der Optimierung der Katalysatorausnutzung und der galvanischen Abscheidung des Iridiumkatalysators aus wässrigen Elektrolytsystmen. Der Katalysator setzt die nötige Energie für die Spaltung des Wasser herab und sorgt so für einen effizienten Prozess. Durch den Einsatz von Platinmetallen stellt er gleichzeitig einen der größten Kostenfaktor bei der Produktion von PEMELs dar. Durch die Verwendung von Iridium als Katalysator und die Optimierung der elektrochemisch aktiven Fläche sollen die Kosten für den Katalysator im Vergleich zu aktuellen Systemen um bis zu 90% gesenkt werden.

Text: Johannes Näther
Foto: Helmut Hammer